구글 ‘양자칩 혁명’…10²⁵년 걸리는 문제 5분 만에

구글이 세계에서 가장 빠른 수퍼컴퓨터로도 10,000,000,000,000,000,000,000,000년(10셉틸리언, 10의 25제곱) 걸리는 계산을 5분 이내에 해낼 수 있는 양자칩을 공개했다. 꿈의 기술로 불리는 양자컴퓨팅의 상용화가 더욱 앞당겨졌다는 평가다. 구글의 양자컴퓨팅 연구회사 구글퀀텀AI의 창업자인 하르트무트 네벤은 9일(현지시간) 최신 양자칩 윌로우(Willow)를 발표했다. 윌로우는 양자컴퓨팅의 최대 난제로 꼽히는 오류 문제를 기하급수적으로 줄일 수 있으며, 현재 가장 빠른 수퍼컴퓨터로도 10셉틸리언 년 걸리는 계산을 5분 내에 수행할 수 있다.

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양자컴 최대 난제 ‘오류 문제’ 획기적 감소 기대

양자컴퓨터는 영자역학 원리로 정보를 처리해 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르고 복잡한 계산을 가능하게 한다. 0과 1 두가지로만 구성된 ‘비트(Bit)’ 단위로 정보를 처리하는 기존 컴퓨터와 달리, 0과 1을 혼합하는 ‘큐비트(Qubit)’ 단위로 정보를 처리하는 게 결정적 차이다. 큐비트는 ‘0일 수도 1일 수도 있는’ 상태라 적은 큐비트로도 대규모 연산을 할 수 있다. 즉 큐비트를 여러개 중첩하면 계산 가능한 정보의 수를 얼마든지 늘릴 수 있고, 이 지점에서 기존 컴퓨터와의 성능 격차가 벌어진다.

빠르고 복잡한 계산을 필요로 하는 모든 산업계는 양자컴퓨터의 상용화를 기다리고 있다. 항암치료제 등 신약 개발 분야가 대표적이다. 양자컴퓨터가 상용화될 경우 신약 후보물질을 찾아내거나 결합하는 등 계산 과정에서 속도와 정확도를 크게 개선할 수 있다. 신소재 발견, 금융 상품 모델링, 핵융합, 우주공학 등 거의 모든 연구 영역에서 양자컴퓨터에 대한 수요가 있다.

양자컴퓨터 상용화가 여태 ‘꿈의 영역’에 머물러 있던 것은 물리적 한계 때문이었다. 큐비트를 늘릴수록 입자의 상태가 전파·자기장·열과 같은 외부 영향에 취약해져 계산 오류를 일으켰다. 양자컴퓨팅 과정에서 오류를 얼마나 효과적으로 정정할 수 있느냐는 게 양자컴퓨터 상용화의 선결 조건으로 꼽혔다.

구글은 이날 네이처(Nature)에 게재한 논문에서 윌로우를 통해 양자 오류를 기하급수적으로 줄였다고 밝혔다. 큐비트를 3×3에서 5×5, 7×7 등 점점 더 큰 격자무늬로 배치해, 양자컴퓨팅이 오류의 ‘임계값(threshold) 이하’에서 작동하는 방법을 찾아냈다.

정용환 기자 jeong.yonghwan1@joongang.co.kr

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